RW Space

В океанских волнах скрыто огромное количество чистой энергии, и если бы мы только могли найти способ использовать ее еще больше. Новое исследование объясняет, как гироскоп, находящийся на поверхности воды, может добиться заметного повышения эффективности.

Исследование, проведенное Такахито Иидой из факультета военно-морской архитектуры и океанотехники Университета Осаки в Японии, основано на теоретическом моделировании гироскопического преобразователя энергии волн (GWEC).

Такой GWEC будет представлять собой плавающее тело с установленным внутри вращающимся маховиком, соединенным с генератором, способным производить электричество с помощью бросание и поворот волн – даже несмотря на то, что эти волны меняли силу и направление.

Эти устройства GWEC ранее тестировались как способы раскрытия энергии волн, но им было трудно достичь практического уровня эффективности из-за изменчивости волновых структур изо дня в день. Новое исследование показывает, что GWEC могут работать намного лучше, если их правильно реализовать.

«Устройства с использованием волновой энергии часто испытывают трудности, потому что условия океана постоянно меняются», — говорит Иида. «Однако гироскопической системой можно управлять таким образом, чтобы поддерживать высокое поглощение энергии даже при изменении частоты волн».

Ключевым нововведением, изложенным здесь, является использование теории линейных волн для расчета взаимодействий между волнами, гироскопом и плавучей структурой, внутри которой он находится. Благодаря этому Iida смогла рассчитать оптимальную конфигурацию установки для такой машины.

Благодаря точной настройке скорости вращения вращающегося маховика и сопротивления генератора внутри гироскопа в соответствии с волновыми условиями эти устройства должны обеспечить максимальную эффективность 50 процентов — теоретически преобразуя до половины энергии волны в электричество.

«Этот предел эффективности является фундаментальным ограничением в волновой энергии. теория», — говорит Иида. «Что интересно, теперь мы знаем, что этого можно достичь на широкополосных частотах, а не только в одном резонансном состоянии».

Другими словами, прецессию гироскопа – то, как внешние силы подталкивают вращающийся объект – можно настроить так, чтобы эффективность оставалась близкой к 50-процентному уровню даже при изменении волновых условий.

Хотя это конкретное исследование не включало никаких реальных испытаний на воде, компьютерное моделирование также использовалось для двойной проверки работы и изучить множество волновых частот и длин волн, а также то, как может реагировать гироскоп.

Эти симуляции совпадали с предыдущими математическими расчетами, но волны невероятно сложны, и их трудно моделировать с помощью уравнений, поэтому существуют некоторые ограничения в расчетах.

Когда Иида смоделировал работу гироскопа на однобоких и неровных волнах, больше похожих на океанские, он обнаружил, что устройство стало менее эффективным на больших волнах, хотя в некоторых случаях оно все же могло извлекать приличное количество энергии. условия.

Помимо использования в основном идеализированных волновых условий, эти расчеты не учитывают затраты энергии на фактическое использование гироскопа на океанских волнах. По сути, это первый шаг в попытке оценить жизнеспособность такого типа захвата энергии волн.

Однако, даже с учетом этих ограничений, исследование дает реальные основания полагать, что гироскопы действительно имеют потенциал в этой области. Иида также отмечает, что другие конструкции машин, асимметричные, потенциально могут превысить этот 50-процентный потолок эффективности – хотя это еще предстоит выяснить.

По теме: Энергетический дисбаланс Земли удвоился за два десятилетия, предупреждает исследование

Следующим шагом будет провести некоторое тестирование физики, которая была высказана здесь в теории, и это уже запланировано. В не столь отдаленном будущем плавающие гироскопы могут внести значительный вклад в баланс зеленой энергии нашей планеты.

«В будущей работе будут проведены модельные испытания для проверки предложенной теории», — пишет Иида в своей опубликованной статье. «Более того, мы будем исследовать оптимальные стратегии управления, которые учитывают причинно-следственную связь и нелинейные реакции GWEC».

Исследование было опубликовано в Журнале механики жидкости.